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TOC第二篇:TOC的前身 最优生产技术

        最优生产技术(Optimized Production Technology,OPT)是以色列物理学家Eli Goldratt博士于本世纪70年代提 出的。最初它被称作最优生产时间表(Optimized Production Timetable),80年代才改称为最优生产技术。后来Goldratt又进一步将它发展成为约束理论(Theory of Constraints)。OPT产生的时间不长,却取得了令人瞩目 的成就,是继MRP和JIT(Just in Time)之后出现的又一项组织生产的新方式。T2-2

1. OPT的主要概念

  1.1. 瓶颈(Bottlenecks)与非瓶颈 (Non-bottlenecks)资源

        任何一个制造组织都可以看作是将原材料转化为产品的系统。在这个系统中,制造资源是关键的部分。通常,制造资源指的是生产产品所需的全部资源,如机器、工人、厂房和其它固定资产,等等。

        按照通常的假设,在设计一个企业时,可以使生产过程中各阶段的生产能力相等,即达到能力的平衡。但这只是一个理想的状态。因为,生产是一个动态的过程,随机波动时时存在,使得能力的平衡,在实际中实现极其困难,也可以说是达不到的。因此,生产过程中必然会出现有的资源负荷过多,成为卡”脖子”的地方,即变为瓶颈。这样,一个企业的制造资源就存在瓶颈与非瓶颈的区别。
    
        按OPT的定义,所谓瓶颈(或瓶颈资源),指的是实际生产能力小于或等于生产负荷的资源。这一类资源限制了整个企业出产产品的数量。其余的资源则为非瓶颈资源。要判别一个资源是否为瓶颈,应从该资源的实际生产能力与它的生产负荷(或对其的需求量)来考察。这里所说的需求量不一定是市场的需求量,而可能是为保证生产,其他相关资源对该资源的需求量。以下的例子可以说明。

        假设某产品P的生产流程如图2-1所示:
 
        T2-2-1
          图2-1某产品P的生产流程

        情况1:对PD的市场需求为每周30个单位;机器A的生产能力为每周生产35个单位;机器B的生产能力为每周生产40个单位,机器C的生产能力为每周生产25个单位。
        
        显然,这时A、B产出的中间品会在C资源前积压,C资源哪怕是满负荷每周生产25个单位的产品,产品P也将不能满足市场每周30单位的需求。
        
        情况2:对PD的市场需求为每周28个单位;机器A的生产能力为每周生产15个单位;机器B的生产能力为每周生产25个单位,机器C的生产能力为每周生产20个单位。

        这时,如果相对市场需求来说机器A、B、C都应该为瓶颈。但根据OPT的定义,当前只有机器A为瓶颈,因为机器C其生产能力虽然每周生产20个单位,但每周只能接到机器A所能生产的15个单位的最大生产负荷,即其生产能力超过了对其的需求量,为非瓶颈。机器B其生产能力每周生产25个单位,达不到市场的要求,但它产出的中间品已经在机器C前积压了,即其生产能力超过了后续环节对其的需求量,也是非瓶颈。这时,只有将机器A的生产能力提高,才能更好地满足市场需求,否则如果去盲目改进机器B、机器C的话,对最终产出于事无补,而且会产出更多的积压在制品。值得注意的是,如果企业又购买了一台机器A,则机器C成为新的瓶颈,它将整个生产流程的能力限制在每周20个单位。若通过出包加工的方法将C的产出提高50%,即达到30,那么瓶颈将转移到机器B。继续改进下去,然后不难发现,这时可能相对于企业为外部因素的市场需求成了新的瓶颈。瓶颈的一系列变化如图2-2所示,方框中的数字表示资源的生产能力,阴影表示瓶颈。

        T2-2-2
          图2-2OPT关于瓶颈的定义

        仔细分析这个简单的例子,可以对OPT的管理思想(也被TOC所继承)窥见一斑:
        
        生产能力小于市场需求的资源,按OPT的定义不一定为瓶颈。

        OPT的管理思想是首先抓”重中之重”,使最严重的制约因素凸现出来,从而从技术上消除了”避重就轻”、”一刀切”等管理弊病发生的可能。短期的效果是”抓大放小”,长期的效果是大问题、小问题都没忽略,而且企业整体生产水平和管理水平日益提高。

        瓶颈资源是动态转移的,这就给管理者的惰性敲了警钟。

        根据此例,OPT理论关于”瓶颈”的定义可以形式化描述如下:

        对于系统中的n件资源:X1、X2、……Xn,实际产出能力、系统外部需求量分别为C1~Cn、MR1~MRn。某些资源之间存在互为输入和输出的关联关系R(注:这里输入、输出的可以是在制品等有形资产,也可以是信息等无形资产,或是与系统最终产出有关的彼此制约、彼此影响的前后因果关系)。假设与资源Xi相关联的资源的标号所组成的集合为S,即S={j|j1 iL $ R(Xi , Xj)}。那么,资源Xi为瓶颈,当且仅当Ci<= min(MRi ,min(”Cj:j?S))。

         经过上述条件的筛选,任何企业只应该存在着少数的瓶颈资源。有统计表明,按OPT的观点,瓶颈资源的数目一般小于5个。

  1.2.按物流对企业的分类

        企业的生产过程可以看作是一个从原材料到成品的高度相关的活动链。在这个活动链中,原材料被制成毛坯,毛坯被加工成各种零件,零件又被组装成部件,最后零件和部件总装成产品。人们本可以根据这个活动链中高度相关的内在关系,制定出一个详尽而周密的生产作业计划,规定出每一种毛坯、零件、部件和产品的投入、出产时间和数量,如基本MRP中实现的那样。但在实际中,这个活动链中计划好的活动程序常会被企业中大量存在的随机事件的干扰所打乱,如机器损坏、质量问题等等。要识别这些干扰,找出问题出在何处,手段之一就是从”物流”着手。
    
        通过对企业中”物流”的分类,我们可以根据不同类型”物流”的特点,认识他们各自的薄弱点,或”瓶颈”所在,从而有针对地进行计划与控制。
   
        一般将从原材料到成品这一”产品物流”分为:”V”、”A”和”T”三种类型。如图2-3所示。其中,”V”型”物流”是由一种原材料加工或转变成许多种不同的最终产品;”A”型是由许多种原材料加工或转变成的一种最终产品;而”T”型则是”A”型的一个发展,其最终产品有多种。

        T2-2-3
          图2-3“V”、“A”和“T”三种物流类型的企业

        实际上,一个企业的”产品物流”往往不只一种类型。我们可以根据占主要地位的”产品物流”,来相应地划分企业。如果一个企业其主要是”V”型”物流”,那么我们就称这个企业为”V”型企业,其余的类推,对于”V”型企业,如炼油厂、钢铁厂等,其特点有:①最终产品的种类较原材料的种类大得多;②所有的最终产品,其基本的加工过程相同;③企业一般是资金密集型且高度专业化的。对于”A”型企业,如造船厂,其特点是:①由许多制成的零部件装配成相对较少数目的成品,原材料较多;②一些零部件对特殊的成品来说是唯一的;③对某一成品来说,其零部件的加工过程往往是不相同的;④设备一般是通用型的。而对于”T”型企业,如制锁厂,汽车制造厂等。其特点主要包括:①由一些共同的零部件装配成相对数目较多的成品;②许多成品的零部件是相同的;③零部件的加工过程通常是不相同的。V型企业的工艺流程一般来说比较清楚且设计简单,生产提前期较短,企业的瓶颈识别及控制与协调也相对容易。而A型或T型企业则与V型企业不同,它们存在着物料清单(BOM),工艺流程较复杂,企业的在制品库存较高,生产提前期较长,瓶颈不易识别,计划以及工序间的协调工作也非常困难。表2-1比较了”V”型、”A”型、”T”型企业的不同特点。

        表2-1“V”型、“A”型、“T”型企业的不同特点比较

        T2-B2-1
        另外,从企业的制造资源来看,考虑到瓶颈的存在,”物料”所经过的制造资源,将存在瓶颈与非瓶颈之分。而瓶颈与非瓶颈的关系,通过考察以上三种类型企业的物流可以看出,它们之间存在着四种基本的关系,如图2-4所示。分别是:①从瓶颈到非瓶颈资源[图2-4(a)];②从非瓶颈到瓶颈资源[图2-4(b)];③瓶颈资源和非瓶颈资源到同一装配中心[图2-4(c)]④瓶颈资源和非瓶颈资源相互独立[图2-4(d)]。

        T2-2-4
        图2-4 瓶颈资源与非瓶颈资源的关系
 
2. OPT的九条原则

  2.1.九条原则

        TOC的基本思想在九条管理原则上得到了具体体现,这九条原则是实施TOC的基石。与TOC相关的生产计划与控制的算法和软件,也是按照这九条原则提出和开发的。此外,这些原则也可以独立于软件之外,直接用于指导实际的生产管理活动。下文将逐条分析这九条原则。

        原则1追求物流的平衡,而不是生产能力的平衡。

        追求生产能力的平衡是为了使企业的生产能力得到充分利用。因此在设计一个新厂时,自然会追求生产过程各环节的生产能力的平衡。但是对于一个已投产的企业,特别是多品种生产的企业,如果一定要追求生产能力的平衡,那么即使企业的生产能力充分利用了,但是产品并非都能恰好符合当时市场的需求,必然有一部分要积压。

        TOC则主张在企业内部追求物流的平衡。所谓物流平衡就是使各个工序都与瓶颈机床同步,以求生产周期最短、在制品最少。它认为生产能力的平衡实际是做不到的。因为波动是绝对的,市场每时每刻都在变化;生产能力的稳定只是相对的。所以必须接受市场波动这个现实,并在这种前提下追求物流平衡。

        原则2“非约束”的利用程度不由其本身决定,而是由系统的“约束”决定的。

        T2-21
          图1 约束资源与非约束资源的关系

        约束资源制约着系统的产出能力,而非约束资源的充分利用不仅不能提高有效产出,而且会使库存和运行费增加。从图1所示的约束资源与非约束资源的四种基本关系中,我们可以看出,关系(a)、(b)、(c)中非约束资源的利用程度是由约束资源来决定的。如:
        
        关系(a):非约束资源为后续工序,只能加工由约束资源传送过来的工件,其使用率自然受约束资源的制约;
        
        关系(b),虽然非瓶颈资源为前道工序,能够充分地使用,使用程度可以达到100%,但整个系统的产出是由后续工序,即约束资源决定的,非约束资源的充分使用只会造成在制品的连续增加,并不改变产出;
        
        关系(c),由于非约束资源与约束资源的后续工序为装配,此时非约束资源也能充分地使用,但受装配配套性的限制,由非约束资源加工出来的工件其中能够进行装配的,必然受到约束资源产出的制约,多余部分也只能增加在制品库存;
        
        关系(d):非约束资源的使用程度虽不受约束资源的制约,但显然应由市场的需求来决定。

        从以上分析,容易看出,非约束资源的使用率一般不应该达到100%。

        原则3资源的“利用”(Utilization)和“活力”(Activation)不是同义词。

        “利用”是指资源应该利用的程度,“活力”是指资源能够利用的程度。按传统的观点,一般是将资源能够利用的能力加以充分利用,所以“利用”和“活力”是同义的。按TOC的观点,两者有着重要的区别:因为做所需要的工作(应该做的,即“利用”)与无论需要与否,最大程度可做的工作(能够做的,即“活力”)之间是明显不同的。所以对系统中“非约束”的安排使用,应基于系统的“约束”。例如,一个非约束资源能够达到100%的利用率,但其后续资源如果只能承受其60%的产出,则其另外40%的产出,将变成在制品库存,此时从非约束资源本身考察,其利用率很好,但从整个系统的观点来看,它只有60%的有效性。所以“利用”注重的是有效性,而“活力”注重的则是能行性,从平衡物流的角度出发,应允许在非关键资源上安排适当的闲置时间。

        原则4“约束”上一个小时的损失则是整个系统的一个小时的损失。

        一般来说,生产时间包括调整准备时间和加工时间。但在约束资源与非约束资源上的调整准备时间的意义是不同的。因为约束资源控制了有效产出,在约束资源上中断一个小时,是没有附加的生产能力来补充的。而如果在约束资源上节省一个小时的调整准备时间,则将能增加一个小时的加工时间,相应地,整个系统增加了一个小时的产出。所以,约束资源必需保持100%的“利用”,尽量增大其产出。为此,对约束资源还应采取特别的保护措施,不使其因管理不善而中断或等工。增大约束资源物流的方法可以有如下几种:

        ①减少调整准备时间和频率,约束资源上的批量应尽可能大;

        ②实行午餐和工修连续工作制,减少状态调整所需的时间损失;

        ③在约束资源前设置质量检查站,保证投入约束资源的工件100%是合格品;

        ④设置缓冲环节,使约束资源不受非约束资源生产率波动的影响。

        原则5“非约束”节省的一个小时无益于增加系统有效产出。

        因为非瓶颈资源上除了生产时间(加工时间和调整准备时间)之外,还有闲置时间。节约一个小时的生产时间,将增加一个小时的闲置时间,而并不能增加系统有效产出。当然,如果节约了一个小时的生产时间,可以减少加工批量,加大批次,以降低在制品库存和生产提前期。但这些结果能在多大程度上有益于系统追求的根本目标,依然牢牢受制于约束资源。

        原则6“约束”控制了库存和有效产出。

        因为,有效产出指的是单位时间内生产出来并销售出去的产品所创造的利润额,所以,很明显它受到企业的生产能力和市场的需求量这两方面的制约,即它们受由资源约束和市场约束瓶颈所控制的。如果“约束”存在于企业内部,表明企业的生产能力不足,相应的有效产出也受到限制;而如果当企业所有的资源都能维持高于市场需求的能力,那么,则市场需求就成了“约束”。这时,即使企业能多生产,但由于市场承受能力不足,有效产出也不能增加。

        同时,由于“约束”控制了有效产出,所以企业的“非约束”应与“约束”同步,它们的库存水平只要能维持“约束”上的物流连续稳定即可,过多的库存只是浪费,这样,“约束”也就相应地控制了库存。

        以上六条原则都是涉及资源的。

        原则7运输批量可以不等于(在许多时候应该不等于)加工批量。

        车间现场的计划与控制的一个重要方面就是批量的确定,它影响到企业的库存和有效产出。TOC所采用的是一种独特的动态批量系统,它把在制品库存分为两种不同的批量形式,即:①运输批量,是指工序间运送一批零件的数量;②加工批量,指经过一次调整准备所加工的同种零件的数量,可以是一个或几个转运批量之和。在自动装配线上,转运批量为1,而加工批量很大。

        确定加工批量的大小应考虑:? 资源的合理应用(减少设备的调整次数);¬ 合理的在制品库存(减少资金积压和在制品库存费用)。确定运输批量的大小则是考虑:? 提高生产过程的连续性、平行性,¬ 减少工序间的等待时间和减少运输工作量与运输费用。两者考虑的出发点不同,所以运输批量不一定要与加工批量相等。

        根据TOC的观点,为了使有效产出达到最大,约束资源上的加工批量必须大。但另一方面,在制品库存不应因此增加,所以转运批量应该小,即意味着非约束资源上的加工批量要小,这样就可以减少库存费用和加工费用。

        原则8批量大小应是可变的,而不是固定的。

        原则8是原则7的直接应用。在TOC中,运输批量是从在制品的角度来考虑的,而加工批量则是从资源类型的角度来考虑的。同一种工件在约束资源和非约束资源上加工时可以采用不同的加工批量,在不同的工序间传送时可以采用不同的运输批量,其大小根据实际需要动态决定。

        以上两条是涉及物流的。

        原则9编排作业计划时考虑系统资源约束,提前期是作业计划的结果,而不是预定值。

        MRP II制定作业计划的方法一般包括以下几个步骤:①确定批量;②计算提前期;③安排优先权,据此安排作业计划;④根据能力限制调整作业计划,再重复前三个步骤。可见MRP II是按预先制定的提前期,用无限能力计划法编制作业计划。但当生产提前期与实际情况出入较大时,所得的作业计划就脱离实际难以付诸实施,MRP II也因此招致了许多有关“期”的批评。在这点上,TOC与MRP正好相反,即不采用固定的提前期,而是考虑计划期内的系统资源约束,用有限能力计划法,先安排约束资源上加工的关键件的生产进度计划,以约束资源为基准,把约束资源之前、之间、之后的工序分别按拉动、工艺顺序、推动的方式排定,并进行一定优化,接下来编制非关键件的作业计划。所以,TOC中的提前期是批量、优先权和其它许多因素的函数,是编制作业计划产生的结果。

  2.2.实施OPT的要求及条件

        对OPT,目前理论界的认识还不一致,存在着各种看法,主要包括:①把OPT当做一种新的计划思想;②作为一种作业计划的仿真语言 ;③作为生成MPS、物料和能力需求计划及详细计划的一个软件包;④作为一种处理数据精确度的一种尝试,以求在数据精确度要求不高的情况下获得利润。但有一点很明显,即OPT强调的是车间现场,其着眼点在于企业车间现场的一些决策量上,并据此来实现对生产的计划与控制。其基本点是使用一些重要的判定准则来决定每一作业的先后顺序,即使用一组”评价指标”的加权函数,来确定每个作业的优先权数及批量,制定出一个合理可行的生产计划。这些评价指标涉及到理想的产品组合、交货期、理想的安全库存水平以及瓶颈资源的使用等等。
    
        OPT实施的关键是制定计划后的落实、工作绩效的考评。在落实计划过程中,传统的许多做法是有害的,如传统的成本会计的考核体系。因为成本会计体系忽视了瓶颈与非瓶颈的区别,其考核一般是通过设备和操作工人的利用率及生产成本,而不是通过整个系统的有效性来进行的,它着重于局部的优化,这必然助长了人们盲目生产的作法,其结果是无论对瓶颈资源还是对非瓶颈资源都力求充分地使用。各环节为了完成工时和设备利用率会盲目生产,最终必然导致高库存和浪费。针对这些情况,OPT则力求从全局的观点来进行考核,从原材料的采购一直追踪到产品销售。其考核体系对瓶颈与非瓶颈是分别对待的,认为对非瓶颈的考核不应以生产量为依据,而应以它生产的有效的产品量来考核。按OPT观点,成本会计注重的是”活力”而非”利用”,而正确的做法应该是注重”利用”而非”活力”。
    
        另外,OPT软件的具体运行和MRP一样需要大量的数据支持,例如产品结构文件(BOM)、加工工艺文件以及精确的加工时间、调整准备时间、最小批量、最大库存、替代设备等等数据。同时要成功地实施OPT,还要求管理者必须对OPT产生的计划要有信心,要改变一些旧的作业方式,例如接受午餐和工修连续工作制的作法等。从OPT的实践表明,它比较适合于一些零件种数较少、批量大的产品,而在单件生产车间中发挥的效果不佳。其适用条件为,①瓶颈要相对稳定;②瓶颈要保证达到100%的负荷能力;③需求是相对稳定的;④员工愿意而且能够服从计划的调度安排。
   
        再者,OPT对于瓶颈资源和近似于瓶颈的资源的数据要求精确。实现OPT还需对员工进行培训,使他们能在不同的生产岗位上及时发现问题,跟踪问题,最终用OPT方法来解决问题。

3.OPT的计划与控制──DBR系统

  3.1.OPT的计划与控制步骤

        OPT认为,一个企业的计划与控制的目标就是寻求顾客需求与企业能力的最佳配合,一旦一个被控制的工序(即瓶颈)建立了一个动态的平衡,其余的工序应相继地与这一被控制的工序同步。OPT的计划与控制是通过DBR系统实现的。即”鼓(Drum)”、”缓冲器(Buffer)”和”绳子(Rope)”系统。如图2-5所示。

          T2-2-5
        图2-5″鼓”、”缓冲器”和”绳子”系统

实施计划与控制主要包括以下的步骤:

        (1)识别企业的真正约束(瓶颈)所在是控制物流的关键

         一般来说,当需求超过能力时,排队最长的机器就是”瓶颈”。如果我们知道一定时间内生产的产品及其组合,就可以按物料清单计算出要生产的零部件。然后,按零部件的加工路线及工时定额,计算出各类机床的任务工时,将任务工时与能力工时比较,负荷最高、最不能满足需求的机床就是瓶颈。找出瓶颈之后,可以把企业里所有的加工设备划分为关键资源和非关键资源。
    
        (2)基于瓶颈约束,建立产品出产计划
   
         产品出产计划(Master Schedule)的建立,应该使受瓶颈约束的物流达到最优,因为瓶颈约束控制着系统的”鼓的节拍(Drum-beat)”,即控制着企业的生产节拍和产销率。为此,需要按有限能力法进行生产安排、在瓶颈上扩大批量、设置”缓冲器”。
    
        (3)”缓冲器”的管理,以防止随机波动,使瓶颈不致于出现等待任务的情况。
   
        (4)对企业物流进行平衡,使得进入非瓶颈的物料应被瓶颈的产出率所控制(即”绳子”)。

        一般按无限能力,用倒排方法对非瓶颈资源安排作业计划,使之与关键资源上的工序同步。

3.2.“鼓”、“缓冲器”和“绳子”

  3.2.1.“鼓”

        从以上步骤可以看出,”鼓”是一个企业运行OPT的开端,即识别一个企业的瓶颈所在。瓶颈控制着企业同步生产的节奏–“鼓点”。要维持企业内部生产的同步、企业生产和市场需求的同步,存在着一系列的问题。其中一个主要问题就是企业的生产如何能满足市场或顾客的需求而又不产生过多的库存。因而,安排作业计划时,除了要对市场行情进行正确的预测外,还必须按交货期给顾客赋予一定的优先权数,在瓶颈上根据这些优先权数的大小安排生产,并据此对上下游的工序排序,则得到交付时间。OPT的处理逻辑就是使交付时间与交货期限相符。
为了使交付时间与交货期限相符,靠的是权衡在瓶颈上的批量规模。因为,在瓶颈上只有加工时间和调整准备时间,增大瓶颈的加工批量,可以减少调整准备时间,使瓶颈的有效能力增加,但会减少系统的柔性,增加库存和提前期。反之,其效果与增大加工批量相反。两者都会影响到一些订货的交货时间。
从计划和控制的角度来看,”鼓”反映了系统对约束资源的利用。对约束资源应编制详细的生产作业计划,以保证对约束资源的充分合理的利用。

  3.2.2.“缓冲器”,又称“缓冲”

        一般来说,”缓冲器”分为”时间缓冲”和”库存缓冲”。”库存缓冲”就是保险在制品,其位置、数量的确定原则同”时间缓冲”。”时间缓冲”则是将所需的物料比计划提前一段时间提交,以防随机波动,以瓶颈上的加工时间长度作为计量单位。例如,一个三天的”时间缓冲”表示着一个等待加工的在制品队列,它相当于在瓶颈上三天的生产任务。其长度可凭观察与实验确定。再通过实践,进行必要的调整。在设置”时间缓冲”时,一般要考虑以下几个问题:
    
        (1)要保证瓶颈上产出率相对较快的工件在加工过程中不致因为在制品少而停工。
    
        (2)应考虑加工过程中出现的波动。如瓶颈上的实际产出率比原来估计的要快,或者瓶颈前的加工工序的产出率比原来估计的要馒,或者出现次品。在有的情况下,还要考虑前面的机器是否出现故障。因为,如果要对机器故障进行维修,则维持后续工序所需的在制品库存是难以估计的。所以,在设置”时间缓冲”时一般要设置一定的安全库存。
    
        (3)根据OPT的原理,瓶颈上的加工批量是最大的,而瓶颈的上游工序则是小批量多批次的。瓶颈前的加工工序的批次又和各道工序的调整准备时间有关。如果上游工序的调整准备时间小,或瓶颈上的加工时间和前一台机器的加工时间相差很大,则批次可以较多,批量可以较小。反之,批次则可能较少,甚至和瓶颈上的批次相同,加工批量也和瓶颈上的批量相同。
    
        (4)要考虑在制品库存费用、成品库存费用、加工费用和各种人工费用。要在保证瓶颈上加工持续的情况下,使得整个加工过程的总费用最小。

  3.2.3.“绳子”

        如果说”鼓”的目标是使产销率最大,那么,”绳子”的作用则是使库存最小。我们知道,瓶颈决定着生产线的产出节奏,而在其上游的工序实行拉动式生产,等于用一根看不见的”绳子”把瓶颈与这些工序串联起来,有效地使物料依照产品出产计划快速地通过非瓶颈作业,以保证瓶颈的需要。所以,”绳子”起的是传递作用,以驱动系统的所有部分按”鼓”的节奏进行生产。在DBR的实施中,”绳子”是由一个涉及原材料投料到各车间的详细的作业计划来实现的。
    
        “绳子”控制着企业物料的进入(包括瓶颈的上游工序与非瓶颈的装配),其实质和”看板”思想相同,即由后道工序根据需要向前道工序领取必要的零件进行加工,而前道工序只能对已取用的部分进行补充,实行的是一种受控生产方式。在OPT中,就是受控于瓶颈的产出节奏,也就是”鼓点”。没有”瓶颈”发出的生产指令,就不能进行生产,这个生产指令是通过类似”看板”的物质在工序间传递的。
   
        通过”绳子”系统的控制,使得瓶颈前的非瓶颈设备均衡生产,加工批量和运输批量减少,可以减少提前期以及在制品库存,而同时又不使瓶颈停工待料。所以,”绳子”是瓶颈对其上游机器发出生产指令的媒介,没有它,生产就会造成混乱,要么造成库存过大,要么会使瓶颈出现”饥饿”现象。

4.OPT软件系统

  4.1.OPT软件产品

        OPT软件包是实现OPT思想的主要工具。OPT软件的应用,标志着OPT的发展达到了一个新的阶段。OPT软件首先是由Creative Output有限公司(COI)开发的。实践表明,OPT软件的应用使许多企业都取得了巨大的经济效益,因而OPT也越来越被人们所重视,OPT软件的用户也由大型企业扩展到中、小型企业。
    
        目前,最流行的OPT软件有OPT2l和OPT5000,其中,OPT21主要是针对大中型企业的,而0PT5000则是面向小型企业的。
   
        OPT2l及OPT5000的主要输出有:产品出产计划;详细的生产作业计划;交货期的执行情况;资源的利用情况;采购计划;库存报告;有关产销率和库存的财务报告。

4.2.OPT软件的工作原理

        OPT软件系统的算法现在仍是保密的,该算法的核心在于识别瓶颈及对瓶颈的排程安排(排序)。从模块构成来看,OPT系统主要由BUILDNET、SPLIT、SERVE和BRAIN几个模块构成。其信息流如图2-6所示。
 
         T2-2-6
          图2-6OPT软件系统信息流程图

具体的运行步骤主要有:

  (l)构造制造企业的模型:

        要运行OPT,第一步就是要对企业进行模型构造,这是由BUILDNET模块来完成的。首先,需要对整个加工生产系统有一个完整的描述,这个功能是由一个叫做”产品网络”的模块来实现的。”产品网络”准确地表示了一个产品是怎样制造出来的,它包含产品结构文件和加工路线文件两部分内容,只不过在OPT中这两部分信息是通过网络结合在一起,构成一个文件。图2-7所示的就是一个OPT”产品网络”图。图的上端是市场需求(即企业的订货或预测),它联系着各种产品,即相应的产品装配,装配又依次联系着局部装配和零部件的加工制造,然后,与原材料联系在一起。对应于每个工序都给出了使用的资源、调整准备时间和加工时间。

        T2-2-7
          图2-7OPT产品网络

        对于企业现有的各种资源的具体描述是在”资源描述”这个模块中完成的。每种资源(机器、工人、空间等)及其替代资源和它们的相互影响、允许加工时间、用于加工的某种资源的数量等,都在这个模块中被确定下来。

        OPT具有很完整的生产模拟功能,它允许定义每道工序的库存水平、最大库存限制、最小批量、辅助设备和计划延迟时间。除此之外,订货量和交货期也要输入”产品网络”。

        BUILDNET模块是将”产品网络”和”资源描述”模块中的信息结合起来,生成一个工程网络。BUILDNET的一个强有力的地方表现在其模型化的语言上,该语言能精确地描述生产制造中的大量数据,从而使得OPT对企业进行成功而精确的模型化构造。在工程网络中,OPT语言可以对各种可选择的作业,甚至对可选择的物料清单进行详细的描述。据称,在这样的网络中,完全描述各种关系只需24个数据字段。另外,BUILDNET还具有提示数据逻辑错误的功能,例如,”物料清单没有与工艺路线相联”、”存在没有去处的库存”、”顾客提出了不存在的产品的需求”等。此外,加之BUILDNET还具有便利的数据修改维护功能,从而保证了数据的相对精确。

  (2)识别瓶颈:

        一旦工程网络建立起来,接下来的工作就是确定企业中的约束或瓶颈在哪里。这是由SERVE模块来完成的。通过运行工程网络以及采取类似MRP的倒排方法来实现,井假设每种资源的生产能力是无限的。SERVE可以看作是MRP系统的一种提高形式。SERVE的一个输出是各个资源的负荷率,这些负荷率与按MRP系统生成方式生产的数据相类似,一般较标准的形式可以参看图2-8所示。

       T2-2-8
          图2-8资源负荷率示例

        从图2-8中所示可以看出,资源的负荷率一般都是参差不齐的。通常的作法是通过将超量的负荷的前移或后移来实现能力平衡,但这将涉及到产品结构的所有层次,实现起来极其困难。SERVE模块在计算各个资源的负荷率的基础上,还计算了每种资源的平均负荷率,并以此来确定瓶颈。如果工程网络的数据完全精确,很明显,平均负荷率最高的就是瓶颈,如图2-8中所示的机器3。所以,这个阶段还包括一个数据的核实确认的过程。

  (3)生产计划的生成:

        当一个瓶颈被确定之后,SPLIT模块将工程网络分成两部分:主网络(关键资源网络)和服务网络(非关键资源网络),主网络部分由瓶颈作业和其下游作业(包括顾客需求在内)构成,如图2-9所示,其余的部分为服务网络。对于主网络,通过BRAIN模块采用有限能力顺排的方法编制作业计划,目标是使瓶颈上的空闲时间为零,使产销率最大。BRAIN的处理机制至今尚未公开,其关键算法仍是保密的。它所生成的不仅包括生产计划,而且确定了每个作业的传送批量和加工批量。对于服务网络,则再通过SERVE模块采用无限能力倒排的方法编制作业计划。

        T2-2-9
        图2-9关键资源网络、非关键资源网络的划分
 
        第二次调用SERVE模块时,不是从定单上的完工期限开始倒排,而是从BRAIN模块确定的完工期限开始倒排。

  (4)计划的保护:

        在生产计划生成之后,接着还应设置”缓冲器”。其中在两个关键的地方一般要设置”缓冲器”,一是在瓶颈资源前,二是在非瓶颈资源与来自瓶颈资源加工路线的交叉点上。计划中,工件在这些位置应安排在其需要的时间之前到达,提前多少时间应取决于某一特殊的制造环境,通常有几天或一个星期。使工件提前一个星期到达瓶颈将使瓶颈免受任何少于一个星期的干扰(或中断),在交叉点也有同样的关系,工件的提前到达,可以使整个系统的产出不受延迟的干扰。

        以上步骤一旦完成,如果在系统中没有其它的约束或瓶颈,OPT的结果也就生成了。然而,通常在第一个循环的最后,往往会发现在系统中还有其它的瓶颈,如果这样,则应重新检查数据的合理性并返回重复以上的过程。一般要重复五到六次,直到所有的约束都移到工程网络的关键资源部分为止。

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